Las tablestacas de madera ya se utilizaban en la Antigua Roma. En la actualidad, su uso está muy limitado a obras provisionales de excavación poco profunda y por encima del nivel freático. Se pueden utilizar diversos tipos de juntas entre los elementos, en espiga o machihembradas. La presión de las tierras del trasdós sobre la pantalla y el aumento de volumen de la madera mojada tienden a cerrar las juntas.
Para el hincado, se coloca en punta un azuche metálico y, en la cabeza, un casco metálico para protegerse del golpe. Estos tableros suelen reforzarse con pilotes que soportan, generalmente, vigas continuas entre las que deslizan las tablestacas. Tras su ejecución, la tablestaca se suele reforzar con grapas de hierro que impiden que las tablas se separen.
Como inconvenientes de este tipo de tablestacas, cabe destacar su poca longitud (un máximo de 10 m), su escasa resistencia, alta deformabilidad, baja durabilidad y dificultad de hinca. Sus dimensiones son de 8 a 15 cm de espesor y de 25 a 35 cm de anchura.
Las entibaciones de madera están formadas por tablones, tablas y rollizos de madera, siendo el álamo negro el más utilizado. Se emplean como pantallas no estancas, en ausencia de agua. El proceso de excavación y entibación depende del tipo de terreno y su profundidad. Este tipo de entibación se ha sustituido mayoritariamente actualmente por entibaciones metálicas por razones económicas, pues con madera supone un coste importante en mano de obra y una mayor lentitud en su instalación. Sin embargo, aún se utilizan cuando existen zanjas con muchas tuberías o conducciones transversales, o bien cuando no se puede emplear maquinaria que transporte los elementos de otro tipo de entibación hasta el tajo.
Se pueden establecer dos tipos diferentes de entibaciones de madera:
Entibaciones con tablas horizontales: son útiles en terrenos cohesivos, que sean autoestables al excavar. Se suele alternar la excavación cada 0,80-1,30 m con la propia entibación. La entibación se realiza apuntalando de lado a lado de las tablas con un codal o rollizo, hasta alcanzar la profundidad total.
Entibaciones con tablas verticales: se emplean en terrenos sin cohesión, como arenas sueltas, o incluso en lodazales. Las tablas verticales, con punta, se hincan con una maza antes de excavar. A medida que se completa la hinca, se coloca la primera correa o cabecero en cabeza de zanja y se apuntala de lado a lado. Se alcanza la profundidad en sucesivas etapas.
Entibación de madera con tablas horizontales
Entibación de madera con tablas verticales
La entibación de madera recibe distintos nombres en función del porcentaje de superficie de excavación cubierta:
Entibación cuajada: cubre el 100% de las paredes de la excavación. Los tablones se sitúan uno a continuación del otro.
Entibación semicuajada: cubre el 50% de las paredes de la excavación. Los tablones distan entre sí unos 0,75 m.
Entibación ligera: cubre menos del 50% de las paredes de la excavación. En este caso los tablones distan de 1,5 a 2 m.
Para todas las entibaciones anteriores, se suele dejar 1 m de separación vertical entre correas o largueros y de 1,5 a 2 m en horizontal entre codales. La Norma Tecnológica NTE ADZ/1976 recomienda, en función del tipo de terreno, la solicitación y la profundidad de corte, los tipos de entibaciones de madera que figuran en la tabla.
Tipo de terreno
Solicitación
Profundidad P de corte en m
< 1,30
1,30 – 2,00
2,00 – 2,50
> 2,50
Coherente
Sin solicitación
No necesaria
Ligera
Semicuajada
Cuajada
Solicitación vial
Ligera
Semicuajada
Cuajada
Cuajada
Suelto
Solicitación de cimentación
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Indistintamente
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Asimismo, dicha norma establece la sección y separación de los elementos del tablero, cabeceros y codales.
Os dejo un vídeo explicativo sobre el tema. Espero que os sea de interés.
Los pilotes CPI-8 o de barrena continua se ejecutan mediante una hélice que se introduce por rotación hasta alcanzar la profundidad prevista.Una vez introducida en el terreno se extrae simultáneamente el hormigonado a través del eje de la propia barrena. Extraída la barrena y rellenado el pilote de hormigón, se introduce la armadura. De este tipo de pilote ya hicimos un post, que os recomiendo visitéis.
En el post de hoy vamos a centrarnos en aspectos relacionados con la seguridad. Para ello os recomiendo la Guía Técnica de Seguridad AETESS de pilotes de barrena continua (enlace) y, además, la siguiente guía técnica audiovisual de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y del Subsuelo (AETESS) donde describen los trabajos de ejecución de pilotes de barrena continua (www.aetess.com Comité de Seguridad de AETESS). Espero que os guste.
Anclaje de un muro. Vía http://chuscmc.blogspot.com
Los anclajes al terreno se utilizan habitualmente para la contención del empuje de tierras en pantallas continuas, estabilización de laderas, estribos de puente y otras estructuras similares. Estos anclajes se ejecutan mediante una perforación en el terreno por donde se introducirán unos cables o barras que serán sometidas a tensión.
En esta entrada nos centraremos en presentar un par de documentos de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y del Subsuelo (AETESS) relacionados con las medidas de seguridad a adoptar en la ejecución de los anclajes. El primero es la Guía Técnica de Seguridad AETESS para micropilotes y anclajes y el segundo una guía técnica audiovisual respecto al mismo tema. Espero que os sean de utilidad.
Ensayos y control de anclajes. Vía http://www.fernandeztadeo.com
CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater lowering in construction. A practical guide to dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1987). Manual de ingeniería de taludes. Serie: Guías y Manuales, n.º 3, Ministerio de Educación y Ciencia, Madrid, 456 pp.
POWERS, J.P.; CORWIN, A.B.; SCHMALL, P.C.; KAECK, W.E. (2007). Construction dewatering and groundwater control: New methods and applications. Third Edition, John Wiley & Sons.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
Tuneladora de doble escudo. https://www.xeologosdelmundu.org/tuneladora-de-doble-escudo-geologos-del-mundo/
Los denominados dobles escudos son tuneladoras que presentan características tanto del topo como del escudo. Se trata de un escudo telescópico articulado en dos piezas pensado para sostener el terreno al avanzar en la excavación del túnel. Su principal característica es su doble sistema de propulsión independiente, el primero para el escudo y el segundo para el topo.
Se trata de una máquina muy versátil, pues permite excavar tanto la roca dura que los escudos propiamente dichos no podrían perforar, con rendimientos parecidos a los de los topos. Pero además, permite la excavación en terrenos inestables y heterogéneos que los topos no podrían realizar. Por tanto, es la mejor solución para macizos con tramos de tipología variable suelo-roca.
La máquina presenta dos escudos: el delantero y el trasero. El delantero soporta la cabeza de corte, contiene el rodamiento principal, la corona de accionamiento y los sellos interno y externo. El trasero, también llamado escudo de anclaje, incorpora las zapatas de los «grippers» operables a través de ventanas. En su parte posterior incorpora el erector de dovelas y los cilindros de empuje para la propulsión en modo escudo normal.
El movimiento de estas dos partes es independiente, situándose los «grippers» en un hueco abierto entre ambas, por lo que la cabeza puede excavar mientras que en la cola se van montando los anillos de dovelas. Así, los rendimientos alcanzados son mayores que con un escudo simple. Al mismo tiempo que los cilindros de empuje principal impulsan hacia delante el escudo de cabeza y la rueda de corte realiza la excavación, en el escudo trasero se procede al montaje de un nuevo anillo de dovelas de sostenimiento al abrigo del mismo. Este sistema se aplica en aquellos terrenos capaces de resistir la presión que transmiten los “grippers”.
Cuando el terreno no es capaz de resistir la presión de los “grippers”, la tuneladora funciona como escudo simple, cerrandose el hueco de los «grippers», apoyándose mediante unos cilindros auxiliares en el último anillo colocado, para así obtener la reacción necesaria para el empuje de la cabeza de corte. Por ello, trabajando en modo escudo, no es posible simultanear la excavación con el montaje del anillo de dovelas.
Para aclarar esta explicación, vamos a ver un vídeo de HERRENKNECHT, donde se muestra el funcionamiento de la maquina tuneladora de doble escudo (TBM) utilizada en la perforación del tunel de Guadarrama para el AVE. Espero que os guste.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Métodos y equipos de excavación en túnel. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.835. Valencia, 52 pp.
La técnica de falso túnel (cut and cover, que significaría «cortar y cubrir» en español) es un procedimiento de construcción para túneles superficiales donde se excava desde la superficie la totalidad o parte del hueco que ocupa el túnel, se construye el túnel dentro del espacio a cielo abierto y se cubre una vez terminado. Requiere un sistema de sostenimiento fuerte para soportar las cargas del material que cubre el túnel.
Este tipo de construcción de túneles resulta apropiado cuando existe un escaso recubrimiento de terreno sobre el túnel y al mismo tiempo existe riesgo de que la construcción de una trinchera convencional pueda provocar desprendimientos. En otras ocasiones, la construcción de falsos túneles se justifica simplemente en la necesidad minimizar el impacto ambiental de la línea, especialmente cuando el trazado pasa cerca de zonas urbanas.
Existen dos formas de realizar este procedimiento constructivo:
Método ‘bottom up’: se excava a cielo abierto la totalidad del hueco ocupado por el túnel y se construye en el interior. El túnel puede ser de hormigón in situ, hormigón pretensado, arcos pretensados, arcos con acero corrugado y también con ladrillo, que se solía usar al principio.
Método ‘top down’: este método se encuentra en auge para la construcción de túneles en el interior de las ciudades (túneles de la M-30, Autopista Costanera Norte, Metro de Málaga…). Requiere poca maquinaria especializada, apenas más de la utilizada en la construcción convencional de sótanos. En la superficie, desde la calle, se ejecutan las paredes del túnel cavando una zanja que se hormigona para formar muros pantalla o una hilera de pilotes. Cuando las paredes están terminadas se ejecuta la losa superior, que se apoya en las paredes, excavando sólo el hueco que ocupa la losa y apoyándola durante su construcción contra el terreno. Cuando la losa y las paredes están terminadas, puede reconstruirse la superficie mientras continúan los trabajos en el interior del túnel. La tierra del interior del túnel no se extrae hasta esta fase, en la que como los elementos portantes del túnel están ya construidos se puede excavar con retroexcavadoras. Cuando se ha excavado hasta el nivel adecuado se ejecuta la contrabóveda, losa generalmente de hormigón que hace de suelo del túnel. Se pueden crear losas intermedias para realizar túneles de varias plantas.
En el siguiente vídeo realizado por Proin 3D, se puede ver el proceso constructivo del falso túnel de salida de la estación de Sants. Se trata del túnel de alta velocidad Barcelona Sants-La Sagrera, conocido también como túnel del Eixample.
En el siguiente vídeo podemos ver una técnica de la empresa TOMAS.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
Los pilotes empujados por hélices «helical piles«, o pilotes helicoidales, son pilotes prefabricados que se introducen en el terreno como si fuera un tornillo, debido a la forma en hélice del elemento, mediante equipos de perforación hidráulicos o eléctricos que se manejan manualmente o se montan sobre maquinaria. Estos pilotes se empezaron a utilizar en 1838 por parte del ingeniero norirlandés Alexander Mitchell en la construcción del faro Maplin Sands, en la desembocadura del Támesis. Fue el primero de una serie de faros cimentados sobre pilotes de rosca.
Se trata de un eje central de acero galvanizado al que se le sueldan unas chapas de acero circulares que forman pequeñas hélices. El pilote queda incluido en el suelo, compactándolo durante la instalación. Una de las ventajas es que no es necesario extraer el material, lo cual lo hace muy interesante en algunos casos, como cuando no queremos producir residuos en un terreno contaminado. Otras ventajas son la rapidez de ejecución, la economía en su rango de uso de cargas, la mínima perturbación del terreno circundante, el impacto reducido en el medio ambiente y la gran durabilidad en ambientes corrosivos al usar acero galvanizado. En España su uso es muy poco habitual, pero es utilizado en otros países, sobre todo en el ámbito anglosajón.
Las características de la rosca dependen del tipo del terreno. El diámetro del tubo se encuentra entre 15 y 30 cm, mientras que la hélice puede variar entre 45 y 150 cm. Así, en terrenos blandos, como arcillas blandas o arenas sueltas, se usan hélices muy salientes; mientras en suelos más resistentes como arcillas o gravas, las hélices lo son menos. Las hélices de gran tamaño presentan una gran resistencia al levantamiento; además, su diámetro le dota de una gran resistencia a fuerzas laterales, lo cual los hace muy eficaces en muelles o embarcaderos.
Los gaviones consisten en un recipiente de forma prismática rectangular, relleno de material granular de distintos tamaños, de enrejado metálico de malla hexagonal, que puede ser de triple torsión o electrosoldada dependiendo de las características de la obra. Estas estructuras, con forma cilíndrica, se utilizaron por primera vez en 1893 por la empresa Maccaferri para el cerramiento de la rotura de un embalse en el río Reno, en la ciudad de Bolonia.
Son muros que presentan una elevada resistencia, puesto que al ser totalmente permeables alivian las tensiones que se acumulan en el trasdós de los muros tradicionales. Asimismo debido a su gran flexibilidad, soportan movimientos y asientos diferenciales sin pérdida de eficiencia. Además, son muros que se construyen de forma sencilla y económica. Sin embargo, hay que tener presente que las mallas de acero galvanizado se corroen en ambientes ácidos, por lo que la falta de control de calidad en los amarres de la malla pueden provocar problemas.
Sin embargo, tal y como podemos ver en la siguiente fotografía del blog de Pablo Nieto, resulta imprescindible evitar el lavado del terreno sobre el que asienta para evitar descalzarlos. Para ello se debería proteger el intradós con un geotextil.
Actividad propuesta:
Tras el visionado de los vídeos que podéis ver a continuación, estaréis en condiciones de responder de forma razonada a las siguientes preguntas:
¿Cómo se ejecuta un muro de gaviones? Describe y secuencia las fases constructivas.
¿Necesitan mechinales los muros de gaviones?
¿Cómo se hace la excavación necesaria para realizar el muro de gavión?
¿Se pueden utilizar los muros de gaviones en terrenos blandos e inestables, que presenten asentamientos apreciables? Justifica la respuesta.
¿Qué diferencias existen entre los diques de gaviones y los de mampostería cuando se utilizan como obras de diques de retención en la cuenca de un barranco?
La perforación a percusión con cable se basa en el golpeteo con una pesada herramienta de corte (trépano) que se eleva con un cable y que cae por gravedad, fragmentando el suelo. Resulta evidente, por tanto, que los sondeos realizados por esta máquina deben ser verticales.
Este sistema empezó a utilizarse en China en el 4000 A.C., consistiendo en un balancín que se contrapesaba con un grupo de hombres que efectuaban el tiro en un extremo de una cuerda, mientras que de otra colgaba la sarta de perforación construida con cañas de bambú.
Su ámbito de aplicación se centra en terrenos de dureza media a baja o bien en aquellos otros duros que sean frágiles. Sin embargo, se encuentran contraindicados en terrenos detríticos no cohesionados, muy duros, abrasivos y plásticos.
La frecuencia de golpeo se encuentra en el entorno de 40 a 50 impactos/minuto, en función de los parámetros mecánicos del suelo perforado. Con ello se consiguen unos rendimientos medios de 2 a 4 m/día en materiales duros y de 10 a 20 m/día en materiales blandos. La percusión se consigue mediante un movimiento de balancín y manivela proporcionado por la máquina. La altura de caída del trépano dependerá de la dureza del terreno y de la profundidad del fondo de perforación. En máquinas normales, esta altura oscila entre 20 y 60 cm.
La perforación comienza hincando un tramo de tubería, generalmente de longitud inferior a 2 m y con un diámetro mayor al diámetro a perforar (700-800 mm), de forma que sirva de guía inicial al trépano. La entubación sólo es necesaria en casos de inestabilidad del terreno, en cuyo caso se entuban tuberías auxiliares recuperables aprovechando la percusión.
Con este sistema de perforación se hace necesario el uso de agua para facilitar la recogida del detritus formado. Este suelo fragmentado mezclado con agua forma un lodo viscoso que se recoge periódicamente mediante una válvula o cuchara de limpieza que se introduce cuando se detiene el golpeteo.
Estas cucharas consisten en una tubería terminada en su parte inferior en una válvula, que puede ser plana o de dardo. La plana, también llamada de charnela o de chapeta, hace mejor la limpieza del sondeo. La de dardo o lanza se usa fundamentalmente en pruebas de caudal.
La sarta de perforación se encuentra compuesta por los siguientes elementos:
Trépano: Se trata de la herramienta de corte, que permite la perforación. Su peso permite penetrar, triturar, escariar y mezclar el terreno.
Barra de carga o barrón: Es una barra cilíndrica de acero forjado que provee a la sarta de perforación del peso necesario y también guía el movimiento alternativo de la sarta. Lleva en su parte inferior una rosca hembra para recibir la rosca macho del trépano, y en su parte superior una rosca macho que conecta con la tijera o montera en su caso. Su longitud varía entre 3 y 5 m, con un peso entre 400 y 1000 kg.
Tijera o destrabador: Elemento situado encima del barrón que sirve para desatrancar la herramienta en caso de atasco. Está formada por dos eslabones que permiten un cierto juego longitudinal del orden de 10 a 20 cm.
Montera o giratoria: Es el elemento de unión entre la sarta y el cable, permitiendo el giro alrededor de su eje longitudinal.
TERRENO
PESO RELATIVO DE LA SARTA COMPLETA
Blando
1.5-2.5 kg/mm diámetro
Medio
3.0-4.0 kg/mm diámetro
Duro
4.0-6.0 kg/mm diámetro
Muy duro
6.0-8.0 kg/mm diámetro
Entre sus aplicaciones principales de la perforación a percusión con cable se encuentra la captación de aguas subterráneas. Otros usos menos frecuentes, pero que igualmente encuentran eficiencia óptima son en el área de las perforaciones con fines de recarga artificial de aguas subterráneas, procedente de las lluvias o de otras perforaciones de captación próximas, pues su mayor diámetro permite espacios anulares que posibilitan tanto la ejecución de potencias cementadas, sellos o empaques graduados, así como la instalación de tuberías y filtros adecuados.
Como ventajas más importantes de este sistema de perforación es el empleo de maquinaria de coste moderado, la simplicidad de las operaciones, la necesidad de poco personal, el escaso consumo de agua, no usar lodos o mezclas tixotrópicas y la consecución de diámetros importantes de perforación (1.100 mm). Como inconvenientes se podría señalar la necesidad de personal cualificado, la interrupción de la perforación para la limpieza, el avance lento en rocas duras, la dificultad de avance en materiales no consolidados, la pérdida de diámetro en materiales abrasivos, las entubaciones frecuentes y la limitación de la profundidad práctica de perforación, que no resulta económica a partir de 150 m.
En el Polimedia que os presento a continuación os dejo las ideas más importantes de este sistema de perforación a percusión con cable. Espero que os sea útil.
Os dejo algunos vídeos donde podéis ver el trabajo de esta perforadora. Espero que os gusten.
[politube2]65112:450:358[/politube2]
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 2009.
Aerogenerador de Unión Fenosa en la provincia de León (España). Wikipedia
La demanda de energía renovable a nivel mundial se incrementa con la conciencia medioambiental. La energía eólica es una energía renovable que se está implantando fuertemente a nivel mundial. Se estima que la energía contenida en los vientos es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la tierra, lo que supone casi dos billones de toneladas equivalentes de petróleo al año (200 veces mayor de la que consumen todos los países del planeta), aunque en la práctica solamente podría ser utilizada una parte muy pequeña de esa cifra, por su aleatoriedad y dispersión, del orden del 5%. Según “The World Wind Energy Association”, la capacidad mundial eólica instalada alcanzó un nivel sin precedentes de más de 318 GW a finales de 2013, de los cuales aproximadamente 35 GW se añadieron en 2013, el nivel más alto registrado hasta la fecha. La energía eólica contribuye en cerca de un 4% en satisfacer la demanda de energía eléctrica mundial. Un total de 103 países están utilizando este tipo de energía desde el punto de vista comercial y se espera que la capacidad de generación de energía eólica pueda aumentar hasta 700 GW en el horizonte del año 2020. En España, la contribución de la eólica a la demanda eléctrica en el año 2010 representó el 16% del total y su objetivo es aumentar ese porcentaje en un futuro. Una sola turbina puede abastecer de electricidad a 500 hogares. Recientemente Huang y McElroy (2015) han realizado una revisión de las perspectivas de este tipo de energía en relación al cambio climático.
El aerogenerador se compone de tres partes: torre, rotor y álabes. En el generador eléctrico es donde se transforma el movimiento mecánico del rotor en energía eléctrica. Suele ser un generador asíncrono o de inducción, con una potencia máxima entre 500 y 1500 kW. Están diseñados generalmente para rendir al máximo a velocidades alrededor de 15 m/s. En el caso de vientos más fuertes es necesario gastar parte del exceso de la energía del viento para evitar daños en el aerogenerador. En consecuencia todos los aerogeneradores están diseñados con algún tipo de control de potencia. Los componentes de un aerogenerador están diseñados para durar 20 años. Esto significa que tendrán que resistir más de 120.000 horas de funcionamiento, a menudo bajo condiciones climáticas adversas (Gálvez, 2005). Respecto a las torres eólicas, se distinguen las “onshore”, instaladas en tierra, normalmente en grandes llanos o zonas elevadas y las “offshore”, cuya localización es dentro del mar, en zonas próximas a la costa.
http://e-ducativa.catedu.es
Los aerogeneradores operan bajo regímenes de carga muy exigentes (Burton et al., 2001), cuyos efectos podrían reducir la integridad estructural y provocar costes de mantenimiento y reparación inaceptables. Rebelo et al (2014) abordan el estudio comparativo de la influencia del aumento de altura en el diseño estructural y los resultados de diferentes soluciones estructurales de un aerogenerador. Sus conclusiones indican que el uso de secciones tubulares de acero y conexiones de brida son adecuadas para torres de hasta 80 m, mientras que las conexiones de fricción son mejores para torres más altas. En cuanto a las torres de hormigón, dejan de ser competitivas por encima de los 100 m de altura, especialmente debido a las dimensiones necesarias de la cimentación ante el riesgo sísmico, que pueden incrementar el volumen de hormigón en los cimientos hasta un 75 %. Sin embargo, según refiere Lofty (2012), la prefabricación de la torre con hormigón es muy interesante a partir de los 75 m de altura. La fuerza vertical que actúa sobre la cimentación se debe fundamentalmente al peso propio de la torre, la góndola y las palas del rotor, así como a la fuerza vertical provocada por el viento. Sin embargo, las fuerzas horizontales provocadas por el viento son preponderantes y generan un gran momento flector en la base debido a la gran altura de la torre. La torre suele ser prefabricada, con forma troncocónica, y se conecta a la cimentación a través de una interfaz que suele ser un tubo de acero de grandes dimensiones insertado en el hormigón de la cimentación, aunque existen múltiples variantes en estos conectores.
http://www.inproin.com
Una de las partes fundamentales de un aerogenerador es la forma en que la torre se sujeta al terreno. La selección del tipo de cimiento dependerá fundamentalmente de la ubicación del aerogenerador y las condiciones del terreno. Según la European Wind Energy Association (2013), la cimentación supone aproximadamente el 6,5% del coste total para proyectos onshore y el 34% para proyectos offshore, lo que justifica una optimización de este tipo de estructuras (Horgan, 2013). Hoy en día, construimos la mayoría de las turbinas eólicas en tierra en suelos firmes y rígidos, pero probablemente las futuras torres eólicas se construirán sobre suelos con propiedades menos favorables. El cálculo de la cimentación depende de las cargas producidas por el rotor eólico en diferentes condiciones de operación, por esto la tecnología del aerogenerador juega un papel fundamental. La forma más habitual de cimentar un aerogenerador es una zapata de hormigón (Hassanzadeh, 2012). Tal y como indica Svensson (2010), las cimentaciones sobre losas de hormigón podrían dejar de ser adecuadas, pues grandes dimensiones provocan asientos diferenciales inaceptables. La altura de las torres puede variar mucho, entre 40 y 130 m. Cuanta más alta sea la torre, mayor velocidad de viento, y por tanto, mayor generación de energía.
Las torres de aerogeneradores se localizan en áreas con buenas condiciones de viento, pero que en numerosas ocasiones se encuentran en terrenos inhóspitos o con malas condiciones de acceso, lo que dificulta la ejecución de las cimentaciones de estas estructuras. Para anclar estas torres normalmente se utilizan los métodos: cimentaciones o zapatas que sujetan la estructura al terreno mediante gravedad, o bien mediante anclajes realizados sobre terrenos competentes. El objetivo es garantizar la estabilidad de la estructura y asegurar una transmisión de cargas al terreno con la intensidad adecuada para que este no colapse. En ocasiones, los terrenos no permiten dicho anclaje, por lo que es habitual el uso de zapatas masivas de hormigón armado. No obstante, las geometrías empleadas en planta son muy diversas. Se utilizan soluciones con planta poligonal, circular e incluso cruciforme, siendo esta última un caso muy aislado. Herrando (2012) ha comprobado que, para un aerogenerador de 100 m de altura y 3,5 MW de potencia, la cimentación superficial con geometría en planta circular es la que mejores resultados ofrece a nivel estructural y económico.
Cimentación prefabricada para torre eólica de la empresa Artepref. Fuente: Diario de Burgos
Las ventajas de la prefabricación son evidentes, ya que incluso se reduce la cantidad de material necesario respecto a cimentaciones ejecutadas in situ. La prefabricación reduce los problemas derivados del hormigonado in situ de grandes volúmenes, que no solo generan problemas importantes cuando los accesos se encuentran alejados de las plantas de fabricación de hormigón, sino que también incrementan considerablemente el calor de hidratación en el fraguado del hormigón y pueden reducir el número de días de trabajo efectivo si se producen temperaturas extremas. Además, teniendo en cuenta que la vida útil de un aerogenerador puede ser de entre 20 y 25 años, la prefabricación facilita la fase de desmantelamiento de las instalaciones. En el mercado se han generado cimentaciones alternativas en las que una parte o la totalidad de la cimentación se realiza con piezas prefabricadas. Así, algunas patentes europeas y americanas, como, por ejemplo, DK200100030 (2001) y WO2004101898A2 (2004), han desarrollado soluciones de cimentación prefabricadas para pequeñas instalaciones, aunque no está claro que se hayan construido realmente (Nilsson, 2012). Empresas como Gestamp Hybrid Towers ofrecen diseños de cimentaciones prefabricadas para torres en forma de T invertida que pretenden combinar eficiencia y ductilidad. La empresa burgalesa ARTEPREF patentó también una cimentación prefabricada para este tipo de torres. Además, estas soluciones suelen unir las piezas prefabricadas con hormigón fresco. Por tanto, el elemento clave en el diseño de este tipo de cimentaciones es la forma en que se resuelven las juntas para convertir las piezas en un conjunto monolítico y también la conexión o «brida» de la torre con la cimentación (Hassanzadeh, 2012). Bellmer (2010) advierte que gran parte de los problemas de durabilidad de los aerogeneradores se deben a un mal diseño de la cimentación. Currie et al (2013) presentan una solución para monitorizar las cimentaciones de estas torres. Eneland y Mallberg (2013) advierten de la gran dificultad que existe a la hora de diseñar un método de cálculo para las juntas de las piezas prefabricadas de este tipo de cimentaciones. Asimismo, una de las claves es poder justificar la viabilidad económica de los elementos frente a las cimentaciones ejecutadas in situ.
Referencias:
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BELLMER, H. (2010). Probleme im Bereich Stahlturm – Fundament, 3rd Technical Conference – Towers and Foundations for Wind Energy Converters, HAUS DER TECHNIK, Essen, Germany.
CURRIE, M.; SAAFI, M.; TACHTATZIS, C.; QUALI, F. (2013). Structural health monitoring for wind turbine foundations. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Paper 1200008.
DK200100030 (2001). Stjernefundament med elementer til foundering af tårne. Patent
ENELAND, E.; MALLBERG, L. (2013). Prefabricated foundation for wind power plants. A conceptual design study. Thesis in the Master’s Programme Structural Engineering and Building Technology, Chalmers University of Technology, Sweden.
GÁLVEZ, R. (2005). Diseño y cálculo preliminar de la torre de un aerogenerador. Proyecto Fin de Carrera, Universidad Carlos III de Madrid, Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras.
HASSANZADEH, M. (2012). Cracks in onshore wind power foundations. Causes and consequences. Stockholm: Elforsk (Elforsk Rapport, 11.56).
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Las tablestacas de madera ya se utilizaban en la Antigua Roma. En la actualidad, su uso está muy limitado a obras provisionales de excavación poco profunda y por encima del nivel freático. Se pueden utilizar diversos tipos de juntas entre los elementos, en espiga o machihembradas. La presión de las tierras del trasdós sobre la pantalla y el aumento de volumen de la madera mojada tienden a cerrar las juntas.
